基于SWAT模型对非点源污染分布特征的研究——以汾河上游为例

为了加快汾河流域水污染源治理，本文基于数字高程模型（DEM）、土壤类型、土地利用、气象、水文、农作物管理数据，构建了汾河上游SWAT模型，并对该地区非点源污染分布特征进行研究。研究结果显示：（1）汾河上游流域泥沙及总氮输出系数较大的区域集中于海拔较高、坡度较陡、耕地较多的中部、东部及东南部；总磷输出系数较大的区域集中于中部及中东部城镇、村庄等人类聚集地集中的地区；（2）汾河源头区，虽然海拔较高、坡度陡，但泥沙、总氮、总磷输出系数均较小，没有明显的非点源污染；（3）草地为泥沙和总磷的主要贡献来源，耕地输出系数对总氮的贡献比很大，林地对总氮和总磷的贡献较低，城镇的总氮和总磷输出系数较大，但是由于面积占比小，整体贡献较低。     

安徽省兆河流域非点源污染模拟及最佳管理措施

[目的] 识别兆河流域非点源污染分布特征及其关键源区,为流域污染控制和清洁小流域建设提供科学参考。[方法] 通过建立流域非点源污染控制模型,模拟研究该流域在现状年和规划年的非点源污染分布特征。采用单元负荷指数法识别流域的关键污染源区,预测不同非点源污染控制措施对流域污染负荷量的削减效果。[结果] 兆河流域规划年的氮磷负荷量比现状年分别增加45.3%和8.0%;县河、失曹河、裴河、盛桥河及环圩河子流域为流域非点源污染关键区;通过设置合理的工程措施和耕种管理措施可有效控制流域非点源污染。[结论] 合适的非点源管控措施有助于削减流域氮磷污染负荷量。耕种管理措施加工程措施为最佳管理措施,可以有效控制流域总氮和总磷的非点源污染。     

基于SWAT模型的北京沙河水库流域非点源污染模拟

该文应用分布式水文模型SWAT,以北京昌平沙河水库流域为典型区开展研究,通过对流域非点源污染的调查、监测和模拟,定量计算和分析了非点源污染时空分布规律。结果表明：该模型在研究区适用性较好（月径流率定期R2=0.85,Nash-Sutcliffe效率系数为0.64;验证期R2=0.77,Nash-Sutcliffe效率系数为0.60）,非点源污染占污染负荷总量的30～50%,汛期集中了全年泥沙、总磷流失量的70%和总氮流失量的50%,南沙河子流域是污染负荷的关键区。通过研究不同水文条件、土地利用和管理措施对流域非点源污染的影响,得出结论：非点源污染负荷贡献率随降雨量增加而增加,其偏枯水年贡献率为27.4%,平水年36.7%,丰水年52.3%。若全部排污口实施达标排放、流域内全部农田改为林地,径流量、氮磷负荷量均会减少40%～50%;若实施化肥施用量减半,氮磷负荷可降低20%左右。氮元素不同土地利用单位面积负荷由高到低依次为：果园＞农田＞草地＞林地＞城镇用地,研究成果将为流域水资源保护规划提供科学依据。     

基于SWAT模型的武强溪流域非点源污染关键源区界定与控制策略

随着点源污染的控制与处理技术日趋完善,非点源污染成为重要的水污染源。武强溪作为流入千岛湖的第二大支流,量化武强溪流域非点源污染负荷,解析非点源污染时空分布特征,提出适合削减武强溪流域污染物的最佳管理措施（best management practices,BMPs）对千岛湖水污染高效治理至关重要。该研究基于土壤水分评估工具（Soil and Water Assessment Tool,SWAT）分析了武强溪流域径流量、总氮输出负荷量的时空分布特征,探究了不同管理措施及组合的削减效果,提出了武强溪流域非点源污染针对性的治理措施。结果表明：1）SWAT模型对于武强溪流域径流量和总氮输出负荷量的模拟具有较好的适用性,径流量校准期和验证期的决定系数（coefficient of determination,R²）分别为0.86、0.97,纳什系数（nash-sutcliffe coefficient,NSE）分别为0.83、0.96,百分比偏差（percent bias,PBIAS）分别为15.8%、?6.3%,总氮校准期和验证期的决定系数分别为0.87、0.74,纳什系数分别为0.63、0.66,百分比偏差分别为31.6%、21.2%;2）该流域径流量和总氮负荷主要集中在3—7月,分别占全年输出量的71.67%和75.76%。综合考虑氮的来源和流失途径,将耕地和林地面积占比大、坡度陡的子流域设置为总氮的关键污染源区。考虑调整化肥施用量/配方、改变耕作方式和设置植被缓冲带等削减非点源污染的手段,进行总氮输出负荷削减效率的情景模拟,表明10 m植被缓冲带是减少总氮输出负荷的最佳单一控制策略,总氮削减率可达到69.90%;实施综合管理措施对总氮的污染削减效果更佳,10 m植被缓冲带与施肥量减少20%可使总氮削减率达到74.79%。研究结果可为千岛湖水质管理与控制提供理论基础。     

松花江流域非点源氮磷负荷及其差异特征

为了研究松花江流域非点源氮磷污染负荷和差异,为水环境管理提供参考,该文运用数字高程模型（DEM）、2008年县级统计年鉴和土地利用等数据,基于遥感（RS）和地理信息系统（GIS）技术,利用输出系数模型（ECM）,对松花江流域非点源污染进行了空间模拟和负荷估算,并对流域内非点源污染差异特征进行了分析。结果表明,2008年松花江流域的总氮（TN）负荷为112.99×104 t,总磷（TP）负荷为4.05×104 t。其中,嫩江子流域TN和TP负荷最高,分别为52.08×104 t和1.79×104 t,分别占总量的46.09%和44.14%;第二松花江流域TN和TP负荷强度最高,TN负荷强度2.96 t/(km2·a),TP负荷强度 0.11 t/(km2·a)。从非点源成因角度分析,人为原因产生的非点源TN和TP负荷分别为95.92×104 t和3.40×104 t,分别占总量的83.90%和83.94%。人为原因是松花江流域非点源TN和TP产生的关键,天然原因也不容忽视。研究结果为总体上了解松花江流域非点源污染和水环境管理提供参考。     

不同气候模式对密云水库流域非点源污染负荷的影响

以密云水库流域内4个气象站1961-2000年40 a的气象特征分析结果为基础,采用统计分析和线性回归的方法,预测流域气候变化趋势,采用任意情景设置法设定25种气候情景(5种温度变化和5种降雨变化的组合情景)和3个水文情景年(丰、平、枯水年)。利用HSPF(hydrologic simulation program-fortran)模型模拟密云水库流域不同气候变化情景下径流量和非点源污染物负荷量的变化情况。结果表明:1)增加20%降雨,能增加73.4%的径流量,而减少20%降雨会减少56.3%的径流,而气温变化对径流和水质负荷影响不是很明显;2)总氮和总磷负荷随径流增加而增大,总磷负荷对径流变化更加敏感,降雨增加20%,总氮和总磷负荷分别增加约70.8%和78.3%;而减少20%降雨,会使得总氮和总磷负荷分别减少约55.3%和57.2%;3)从水文年对比来看,潮河流域丰水年径流量是枯水年的3.1倍,总氮、总磷负荷则分别是枯水年的2.9倍、3.5倍,白河流域丰水年径流量是枯水年的4.6倍,总氮、总磷负荷则分别是枯水年的5.6倍、8.5倍,且年内非点源污染负荷主要集中在汛期,高风险区主要分布在怀柔区、延庆县、滦平县以及密云县,需要对其采取对应的措施来控制非点源污染的影响。     

密云土门流域出口氮磷污染分析

为了满足水污染控制规划和流域水资源保护的需要,在土门西沟出口对径流量、径流水质进行同步监测,结合以前的监测资料,对径流量与污染负荷之间的关系进行分析.结果显示:流域内水质氮磷含量超标,特别是氮远远高于Ⅴ类水.总磷在Ⅲ类水标准以内,流域的非点源氮磷源已成为流域主要污染物;径流量和污染负荷有很好的相关性,其中总磷与地表径流量相关性最高,总氮与地表径流量相关性比较差,氨氮是氮源污染的主要形态,而且氨氮容易挥发和转化;这与当地居民使用氮肥和二铵有关;总氮与氨氮的相关关系较好,和硝态氮相关系数较小;控制污染物的排放和减小暴雨径流是有效治理非点源污染措施.     

丹江口库区典型小流域农业非点源污染物输出特征

非点源污染是影响水源地水质的重要原因。研究以丹江口库区五龙池小流域为研究区,基于2014年相关数据,利用输出系数模型,借助地理信息技术,对该小流域农业非点源污染进行模拟,分析流域非点源污染的空间分布特征,解析其主要污染源,以深入理解丹江口水源地农业小流域的非点源输出特征。研究表明,2014年流域内农业非点源总氮污染负荷为5.674 t,流域内平均负荷强度为2.96 t km-2;农业非点源总氮负荷总量主要分布在耕地和居民地,农业用地是主要污染源,贡献率为47.9;人畜粪便农业非点源总氮负荷强度为39.2 t km-2,是流域平均负荷强度的13倍;缓坡区具有较高的非点源输出风险;改变粗放的农业管理模式,合理处理畜禽排泄物和农村生活污水是流域非点源治理的有效措施。     

未来气候情境下渭河流域陕西段非点源污染负荷响应

[目的]在全球气候变暖的背景下,探讨气候条件变化对渭河流域陕西段非点源污染负荷的影响,旨在为流域综合治理措施提供依据,从而缓解气候变化对水环境的不利影响。[方法]基于非点源污染分布式模拟模型(SWAT模型),分别对2020,2030和2050年气温和降雨等气候因子变化下渭河流域陕西段径流及非点源污染负荷进行模拟,探讨了气候变化对该流域径流及水体中氮、磷年均负荷的影响。[结果](1)气候变化对流域径流量影响较大。随着未来气温升高降雨增加的共同作用下,径流量增加;到2050年,在平均气温增加2.2℃,降雨量增加7%的情况下,渭河陕西段径流量将增加11.9%。(2)在未来气候变化的影响下,流域年均总氮负荷增加20.9%;总磷负荷增加13.3%。[结论]未来气温升高和降雨增多的气候变化共同作用下,河道径流量增加,总氮、总磷负荷增多,农业非点源污染问题越来越突出。     

流域尺度非点源总氮输出系数改进模型的应用

非点源态氮流失是地表水体水质恶化的重要因素,引发水体富营养化等一系列水环境问题.而准确评估流域内非点源总氮的负荷及分布和影响因素是流域综合管理的必要前提.该研究提出了一个综合考虑产污强度、降雨径流、土壤水分下渗和流域下垫面植被景观截留等作用的氮输出系数模型,将其应用于密云水库潮河流域,并结合流域实测水质数据对构建的模型结果进行验证.在此基础上,识别了流域总氮关键源区,利用增强回归树模型确定了总氮流失的关键影响因子.主要结论:1)与实测总氮负荷相比,改进输出系数模型模拟精度(相对误差8.23％)明显高于传统输出系数模型(相对误差18.94％);2)总氮关键源区主要分布于潮河中上游干流西侧和下游干流两侧区域,从行政区划来看主要位于丰宁满族自治县(大阁镇、黑山嘴镇)与滦平县(虎什哈镇和巴克什营)与密云区(高岭镇、古北口镇和太师屯镇);总氮关键源区具有明显的南高北低,沿河分布的特征;3)人为因素是潮河流域总氮流失的主要影响因素,其中,氮肥施用(54.74％)、畜禽养殖(17.48％)和坡度(16.35％)此3个对潮河流域总氮流失影响最大.该研究可为潮河流域水环境综合调控和氮污染精准管控提供科学依据.     

基于输出系数模型的水库汇水区农业面源污染负荷估算

面源污染是导致环境恶化的主要原因之一,由其所引起的水体富营养化现象,已严重威胁着水环境生态安全。该文以长春市水源地新立城水库汇水区为研究对象,选用输出系数模型对其农业非点源污染负荷进行估算,得到结果如下:1)汇水区内农业非点源污染总氮、总磷负荷量分别为2 822.485、471.123 t/a,且二者空间分布较一致;2)总氮负荷量的贡献率大小顺序为:土地利用畜禽养殖农村人口,总磷的污染负荷贡献率大小为:畜禽养殖土地利用农村人口;3)选取水库2004-2013年水质监测数据计算营养盐输出负荷,与模型估算的输出负荷进行对比,得到模型模拟具有较高精度,系数选取合理可靠,可信度高,可在研究区范围内进行推广,能够为长春市水源地综合整治及水利规划提供了数据支撑及科学依据。     

密云水库流域非点源污染研究概述

密云水库是现阶段首都北京惟一的地表饮用水源地,非点源污染是影响水库水质的主要因素.为明晰密云水库流域非点源污染的基本特征及其研究进展,本文总结了近20年来对水库流域非点源污染的研究成果,从非点源污染调查、非点源污染的负荷与预测评价、非点源污染物的影响因素与机理、非点源污染的控制管理等4个方面进行了概述.初步明确了密云水库流域非点源污染的基本特征,包括非点源污染主要来自于水土流失、化肥农药的施用、山区养殖产生的畜禽粪便、水产养殖等,其污染负荷随年度降雨变化较大,对水库污染总负荷的贡献COD约70%、BOD,约70%、NH,-N约90%、TN约70%、TP约90%等.预测了水库流域非点源的发展趋势.评价了非点源污染治理各项技术措施和政策管理措施的效果,并从非点源污染具体来源、污染途径和机理、研究尺度等方面提出了现阶段非点源污染研究存在的问题和需要进一步研究的方向.     

基于SWAT模型的流域土地利用格局变化对面源污染的影响

近年来随着流域经济社会的快速发展,密云水库流域的土地利用格局也发生了明显的改变,作为影响流域非点源污染输出的主要因素,探讨土地利用格局的演变对非点源污染的影响对有效控制非点源污染具有重要的意义。该文以密云水库上游流域为研究区,从土地利用变化与污染过程相互作用的角度出发,开展流域非点源污染过程对土地利用变化的响应研究。基于流域1995年、2000年、2005年3期的土地利用数据,基于SWAT(soil and water assessment tool)模型,模拟评价流域非点源污染负荷分布特征,并应用景观格局指数、典范对应分析(canonical correspondence analysis,CCA)和通径分析等方法,从全流域和三级保护区等多空间尺度,量化分析流域土地利用及其格局时空变化对非点源污染负荷的影响。研究结果表明流域的非点源负荷与土地利用格局间存在着密切的联系。格局指数能累积解释流域非点源污染负荷变化的56.3%。污染负荷受土地利用格局的破碎度和形状的影响较大。通径分析的结果表明,耕地、林地面积比例、形状指数和斑块密度是影响研究区非点源污染负荷输出的主要因子,其中形状指数和耕地面积比例对TN、TP负荷的解释能力要明显高于其他指标。从空间尺度上看,各格局因子与非点源污染负荷的关系具有尺度效应,随着空间尺度的递增,格局对负荷的解释程度降低,在较小的尺度范围内,尤其是一级保护区的解释能力最高,达到62.9%,表明离水库越近的区域应是非点源防治高度重视的区域。     

流域非点源污染物输出的环境因子分析

通过流域断面水质监测和GIS的流域空间分析等手段建立石头口门水库流域基础数据库,运用多元统计分析和偏冗余度分析对枯水期和丰水期影响流域非点源污染物输出空间分异的自然环境、人为干扰、尺度因素及其交互作用等环境因子进行了定量分解,运用冗余分析方法探讨了两个时期不同环境因子对流域非点源污染物输出种类及其形态的影响。结果表明,所选环境因子在枯水期和丰水期分别解释了流域非点源污染水质空间变异的64．5％和68．2％;两个时期纯自然环境对非点源污染的影响均最为显著,分别解释了水质空间变异的43.7％和59．5％,其次是纯人为干扰,均超过了20％。自然环境－人为干扰的组合在枯水期较为强烈地影响非点源污染的产出,占到水质空间变异的20％以上,而在丰水期这一作用不明显。枯水期,以居民用地为主的人为干扰控制着流域内以氨氮和颗粒有机氮为主的氮的输出以及有机物质的输出,而以流域面积为主的尺度因素则主要影响可溶性磷和有机物质的输出。对于丰水期而言,非点源污染物输出的种类和形态受到不同类型环境因子组合的控制。     

晋江流域非点源氮磷负荷及污染源解析

计算流域非点源氮磷负荷并以此开展源解析对于水体污染控制具有重要意义。基于DEM数据,运用GIS工具划分子流域,提取土地利用和土壤类型等空间相关资料,通过调查及小区试验获取模型参数,建立晋江流域非点源氮磷污染负荷模型;利用SLURP模型和输出系数模型分别核算流域内不同景观类型土地输出径流和农村污染溶解态氮磷负荷,利用修正的USLE土壤侵蚀通用方程核算吸附态氮磷负荷,并进行污染源解析。结果表明:晋江流域非点源氮负荷为12298.95t/a,大部分为溶解态氮,占到了94.13%,主要来自畜禽养殖、农田径流和农村生活污水,其源贡献率分别为31.72%、26.38%和17.44%;非点源磷负荷为667.04t/a,溶解态磷和吸附态磷对流域总磷负荷贡献比例相当,分别为56.73%和43.27%,主要来自土壤侵蚀、农田径流和农村生活污水,其贡献率分别为43.27%、21.10%和12.25%。总体分析表明,土壤侵蚀、农田径流和畜禽养殖是影响晋江流域非点源氮磷负荷的主要污染源,亟待优先控制。     

太湖上游大溪水库流域营养盐输移时空特征分析

大溪水库位于太湖上游地区,是溧阳市的重要饮用水源地之一,近年来流域内湖（库）体水质有下降趋势。基于2008—2009年对入湖主要支流水质营养盐浓度监测数据,实地考察流域内的主要污染源以及耕作制度等因素,并以2009年航空遥感影像解译获得的土地利用数据为基础,结合季节气候变化以及农业活动等环境影响因子,分析流域内营养盐时空分异特征及原因,为改善和治理饮用水源地水质工作提供科学依据和保障。结果表明,大溪水库流域不同支流水质营养盐浓度空间差异显著,表现为临湖东岸的氮磷营养盐浓度普遍高于西岸及上游的洙漕河流域,是大溪水库流域氮磷营养盐主要的源;各流域的TN、DTN、NO3--N浓度逐月变化趋势基本一致,TP、DTP季节间浓度变化趋势不明显。进入大溪水库流域的氮素主要以可溶性氮素为主,TN平均浓度为1.82mg·L^-1;磷素主要以非溶解态磷素的形式输移,TP平均浓度为0.116mg·L^-1;总体水质属于Ⅳ水质。营养盐输移时空差异的原因与各小流域土地利用状况、农业活动及降雨季节变化关系密切。     

集水区农业非点源污染之评估及控制对策

集水区内不当之农业活动，加速集水区土壤流失及水库水质恶化。本研究利用数值地形模型（Digital Elevation Model,DEM)、配合遥感探测（Remote Sensing,RS)与地理信息系统（Geographic Infomation Systems,GIS)等技术，撰写增益订水区非点源污染评估系统，探讨集水区农业非点源污染控制之成效。利用泥砂递移率与植生缓冲带区位检视集水区内之农业非点源污染源，划定集水区环境敏感区位，针对敏感区回收造林，可有效控制集水区农业非点源污染。     

怀柔水库上游农业氮磷污染负荷变化

流域尺度农业污染负荷估算及其时间上的变化分析可为流域农业结构调整以及水污染控制和治理提供科学依据。利用输出系数模型,对怀柔水库上游两怀流域2000年和2011年的农业污染负荷总氮和总磷进行了估算和变化分析,揭示了各类农业活动对两怀流域氮磷污染的影响。结果表明：从2000到2011年两怀流域农业氮和磷负荷总量有增加的趋势,分别从2000年的454.029和51.014 t上升到2011年的485.961和58.437 t,其中水产养殖氮、磷负荷量增加比重最大。流域内农业土地利用及产业结构变化是引起氮磷污染负荷发生变化的主要原因。建议针对不同污染源类型,采取相应减控措施减少各类污染物排放量;同时,大力发展流域循环经济模式,实现种植业、养殖业和农村生活废弃物的资源化和再生利用。     

三峡库区非点源污染负荷时空分布模型的构建及应用

为研究三峡库区非点源污染负荷的分布特性,定义降雨侵蚀力影响系数,并将其引入John提出的年均输出系数模型,形成改进的年输出系数模型;针对不同的土地利用类型,基于表征水力联通性的地形指数和植被覆盖度,提出了入河系数的空间分布式;将年输出系数模型与入河系数结合,构建非点源污染负荷的时空分布模型,并对模型进行了验证。应用所构建的模型,对三峡库区2002-2012年总磷总氮负荷进行了模拟。结果表明,库区总磷总氮负荷的时空变化明显,且降雨侵蚀力是影响其年际变化的主要因素;年均总氮负荷在2.6~4.2 kg/hm~2,总磷负荷在0.432~3.186 kg/hm~2;在土地利用、农村人口和畜禽养殖产生的负荷中,畜禽养殖对氮的贡献最大、约占总量的45%,而土地利用对磷的贡献最大、约占总量的57%。该研究成果可为三峡库区非点源污染的控制与治理提供参考,该文所构建的模型也可用于其他大中型区域非点源污染的模拟。     

四川山区农村面源污染负荷估算与评价

对农村面源污染物负荷的估算、来源分析及控制措施制定是当前研究的热点之一。利用输出系数模型和生态系统服务与权衡综合评价模型(Integrate valuation of ecosystem services and tradeoffs tool,In VEST模型)估算宝兴县面源污染物总氮(TN)、总磷(TP)负荷,并结合水环境功能分区标准,分析面源污染物的超标情况。旨在揭示山区农村面源污染治理的空间异质性,为农村面源污染防治规划、山区水环境治理效率的提升提供科学依据。结果表明,1)2010年宝兴县面源污染物TN、TP负荷分别为1 156.44、81.41 t/a,TN、TP负荷的空间格局整体上呈现出分布不均,局部集中,靠近水体的规律;2)不同污染源对TN、TP负荷的贡献率大小顺序均为:畜禽养殖农业用地农村生活;3)从流域尺度看,宝兴县TN、TP负荷没有超过III类水质标准规定的污染物负荷阈值;而从30 m×30 m栅格尺度看,宝兴县TN、TP超标量分别为763.63、51.16 t/a,其超标区域主要集中在耕地、草地、居民地以及靠近水体的地方,以上超标区域即为面源污染控制和治理的关键区域。